R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C133220-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 자연모사형 극한지 건설구조재의 원천기술개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-06-30 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 홍정욱 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
7명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 100,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 100,000,000 원 |
|||
| 연구기관명 | 한국과학기술원 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
본 연구의 내용은 극한지(極限地)건설구조물에 적용되는 다기능 적층형복합재를 3D 프린터를 사용하여 구현하는 것이며, 이를 위해 제작에 필요한 각층에 적용되는 패턴과 층간의 인터페이스를 자연모사기술을 이용하여 개발하는 것이다. 적층형복합재를 구성하는 적합한 재료선정 및 패턴과 인터페이스의 적용을 통해 역학적 강도의 감소를 최소화하면서도 연성을 증대시켜 극한하중에 대한 역학적 에너지의 흡수량을 늘리고자 한다. [최종목표] 본 연구의 최종목표는 극한지(極限地)건설구조물에 적용되는 다기능 적층형복합재를 3D 프린터를 사용하여 구현하는 것이며, 이를 위해 제작에 필요한 각층에 적용되는 패턴과 층간의 인터페이스를 자연모사기술을 이용하여 개발하고자 한다. 적층형복합재를 구성하는 적합한 재료선정 및 패턴과 인터페이스의 적용을 통해 역학적 강도의 감소를 최소화하면서도 연성을 증대시켜 극한하중에 대한 역학적 에너지의 흡수량을 늘리고자 한다. [연구내용 및 범위] 쌍각류의 껍데기, 어류의 비늘, 그리고 절지동물의 외골격 등의 구조는 주로 서로 다른 물질로 형성된 여러 층들이 최적화된 패턴과 인터페이스에 의해 복합적으로 연결 되어있는 적층구조이다. 본 연구에서는 이와 같은 자연적 외골격 시스템을 모사하여 강도의 감소를 최소화하면서도 연성을 증대시켜 역학적 에너지의 흡수량을 증대시킨 적층복합재의 개발을 하고자 한다. 구체적으로, 각각의 층(layer)에 적용되는 재료 및 패턴(pattern)의 최적화를 이루어야하며, 또한 층간의 접합을 이루는 인터페이스(interface)의 방식을 개발하여야 한다. 이러한 각 층을 구성하는 물질의 고유 특성, 패턴, 그리고 층간을 연결하는 인터페이스의 통합적 거동에 의해 우수한 역학적 특성이 발현된다. 이를위해, 다양한 생물체들의 외피에 존재하는 적층형복합재 구조를 형성하는 층간 인터페이스와 패턴을 선행연구를 통해 각각 파악하고, 본 연구의 목적과 가장 부합하는 특정 인터페이스와 패턴을 선정한다. 선정된 층간 인터페이스와 패턴에 대한 이론적인 연구를 통해 관련 개념을 정립하고, 이에 대한 기술개발을 위해 초기응용연구를 수행하여 최적화 된 층간 인터페이스와 패턴의 기술 개념을 정립한다. 이 단계에서는 자연모사기술을 이용한 적층형복합재 구조개발에 특화된 연구진에 정식으로 자문 요청 후 본 연구 진행에 도움을 받는다. 정립된 기술 개념을 검증하기 위해 층간 인터페이스와 패턴이 적용된 적층형복합재의 수치해석모델을 만들고 유한요소해석을 통해 본 모델의 성능을 휨 하중에 대한 역학적 에너지의 흡수량에 대해 검증하는 수치적 연구를 수행한다. 3D프린터를 이용하여 축소모형 샘플을 제작한다. 적층형복합재 구조의 실험용 축소 모델 제작 후 본 실험세팅(모델의 크기, 경계조건, 하중 조건 등)의 타당성을 검증한다. 이에 대해 공인시험기관에서의 3점 굽힘 시험을 통한 실험적 연구를 수행하여 휨 하중에 대한 역학적 에너지의 흡수량을 검증한다. 휨 하중에 대한 역학적 에너지의 흡수량에 대해 검증한 수치해석결과와 축소모형실험결과의 비교를 통해 적층형복합재 구조를 수정·보완한다.강도의 감소를 최소화하면서도 연성을 증대시켜 역학적 에너지의 흡수량이 늘어난 적층형복합재 구조형성을 위한 층(layer)의 패턴(pattern)과 인터페이스(interface)를 개발하고, 기존의 적층복합재료가 적용되는 모든 건설구조물뿐만 아니라 남극이나 북극, 심해저 또는 우주 등 극한환경에서의 구조물 건설을 위하여 현장에서 3D 프린터로 제작하여 바로 사용할 수 있는 자연모사형 적층형복합재를 개발한다. |
|||||
| 색인어 | 한글 | 자연모사기술 | 적층 복합재료 | 유한요소해석 | 3D 프린터 | 패턴 |
| 영문 | Bio-inspired technology | Laminated composite material | Finite element analysis | 3D printer | Pattern | |
| 최종보고서 | 최종보고서.pdf | |||||